光催化析氢反应(HER)是生产清洁可再生能源的关键步骤,可以减轻对化石燃料的依赖并能有效的应对气候变化和环境污染,对我国实现 “双碳”目标具有重要意义。理想的光催化剂应具氧化还原活性高,光吸收能力强,成本低以及稳定性好等特点。多功能性的硫醇-羧基组合,在配位网络的定向组装中表现出极大的优势,尤其是金属中心与硫醇通过极强的配位键所形成金属-硫醇网络,具有高导电性、充足的反应活性位点和丰富的载流子转移路径等优势。
近年来,广东工业大学何军教授研究团队长期专注于含硫MOF、COF材料的设计合成(近期代表性成果请见Nat. Commun.2022, 13, 6116; Coord.
Chem. Rev. 2022, 450, 214235; Adv. Funct. Mater. 2023,2210717; Small, 2023, 2207266; ACS Appl.
Mater. Interfaces 2022, 14, 1070; Chin. Chem. Lett. 2022,33, 3227)。
基于前期报道高导电的金属-硫醇配位聚合物体系(Mater. Res. Lett., 2022, 10, 496-500),最近何军教授、钟礼匡博士联合新加坡科技研究局(A*STAR)徐政涛教授等人通过模板法将双金属的硫醇-羧酸配位网络M2DMBD-PL(M=Fe/Ni,DMBD=2,5-二巯基对苯二甲酸)纳米化,合成同构了的M2DMBD-NS纳米片。得益于M2DMBD-NS更高的比表面积和优异的溶液分散性,光催化产氢速率得到了明显的提升。之后,作者将M2DMBD-NS纳米片进一步插入CdS纳米片中构筑异质结复合材料,借助CdS优异的吸光能力,复合材料表现出比MOF纳米片更快的析氢速率,达到12.15 μmol mg−1 h−1。
总之,利用Fe-Ni之间的协同作用,结合多功能性的硫醇-羧基组合构筑双金属网络,在原子层面可以通过调控Fe/Ni比例,优化催化中心活性;在形态层面可以通过纳米化与异质结策略,利用CdS与MOF的紧密接触,实现高效光催化产氢效率。该工作以题为“Nanoscaling and Heterojunction
for Photocatalytic Hydrogen Evolution by Bimetallic Metal-Organic Frameworks”在国际顶级期刊《Adv. Funct. Mater.》上发表。